Agenda Química Virtual: EL CALENTADOR DE MANOS

En el mercado pueden encontrarse unos dispositivos muy simples y de bajo costo para calentar las manos. Funcionan en un amplio rango de temperaturas, no requieren de energía eléctrica ni pilas y calientan de forma inmediata durante un tiempo considerable. Por lo tanto, son una importante herramienta médica para casos de urgencia. Se trata de una pequeña bolsa de plástico que contiene una solución transparente y un pequeño disco metálico. Cuando se ejerce una ligera presión sobre el disco, la solución del interior comienza a cristalizar (se vuelve sólida), desprendiendo gran cantidad de calor durante cierto tiempo. El sistema puede regenerarse con sólo calentarlo durante unos 10-15 minutos en agua hirviendo y dejarlo enfriar. De esta manera, el dispositivo está nuevamente disponible para ser utilizado.

La solución contenida en la bolsa de plástico se ha preparado calentando 20 partes (en masa) de acetato y 3 partes de agua. Es una solución sobresaturada porque la cantidad de soluto (acetato) es mayor a la que es capaz de disolver esa cantidad de disolvente (agua) a temperatura ambiente. Como toda solución sobresaturada, se encuentra en un estado inestable que se altera fácilmente ante cualquier perturbación. En este caso, la presión o flexión del disco metálico origina la cristalización del acetato con desprendimiento de calor.

La principal diferencia entre los estados sólido, líquido y gaseoso está en las fuerzas de atracción que existen entre sus moléculas o partículas. En el estado sólido (cristalino), las moléculas tienen fuerzas de atracción muy grandes, capaces de mantener su forma y volumen, en el estado líquido estas fuerzas de atracción son más débiles, manteniendo su volumen pero no su forma (adquiere la forma del envase) mientras que en el estado gaseoso las fuerzas son tan débiles que las moléculas están moviéndose constantemente (produce su característica presión) y no se mantiene la forma ni el volumen. Para pasar del estado sólido al líquido (fusión) se requiere suministrarle la energía (calor) suficiente para debilitar las fuerzas de atracción del sólido. Igual sucede para el cambio del estado líquido al gaseoso (vaporización).

Para que un sólido se disuelva en un líquido, es necesario que entre las moléculas de ambos (soluto y solvente) existan fuerzas de atracción. Estas nuevas fuerzas (cuya formación genera calor) deben reemplazar a las que existían entre las moléculas del soluto y también entre las del solvente. Es decir, las nuevas fuerzas de atracción (soluto-solvente) deben sustituir a las antiguas fuerzas (soluto-soluto y solvente-solvente). Si el calor generado por la aparición de estas nuevas fuerzas de atracción es mayor que el calor consumido en romper las antiguas fuerzas, el proceso desprenderá la diferencia de calor, si sucede lo contrario el proceso absorberá calor.

A continuación se muestra, en fotografías tomadas con pocos segundos de diferencia, cómo avanza la cristalización del acetato de sodio en el agua, producida al presionar el disco metálico.

Para revertir el proceso y hacer que el calentador de manos se pueda volver a utilizar, debemos gastar energía para disolver nuevamente los cristales formados. Ello se consigue calentando el sistema por unos 10 minutos en agua hirviendo y dejando enfriar. Al bajar la temperatura hasta los 54ºC el acetato debería empezar a cristalizar, pero no lo hace y continúa así hasta alcanzar la temperatura ambiental. Queda como una solución sobresaturada y ha acumulado un exceso de energía, que entregará como calor al volver a presionar el disco metálico y se produzca la cristalización. La presión o flexión del disco metálico proporciona un núcleo a partir del cual se genera el cambio al estado sólido o cristalino del acetato.

La propiedad de absorber y desprender calor de los procesos y reacciones químicas se usa en varias aplicaciones prácticas como el calentador de manos o calentador químico. Este sistema de calentamiento puede encontrarse en el mercado en distintas formas y presentaciones para usarse, por ejemplo, como compresas a aplicar sobre una lesión, o para calentar los biberones.